Karbon Elyaf Takviyeli Prepreg Kompozitlerde Arayüzey Mekaniğinin Karbon Nanoyapı Katkısıyla İyileştirilmesi

Elyaf takviyeli polimerik kompozit malzemelerde arayüzey mekaniğinin iyileştirilmesi, kompozitin mukavemeti açısından büyük önem taşımaktadır. Arayüzey mekaniği doğrudan elyaf ile reçine arasındaki mekanik tutunma ve kimyasal bağlanma ile ilgilidir. Bu çalışmada, karbon elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin arayüzey dayanımına etki eden kimyasal bağlanma performansı, nanoteknolojik yöntemler ile arttırılmaya çalışılmıştır. Bu kapsamda polimerik reçine içine kütlece %0,1 oranında takviye edilen, iki ayrı kimyasal işlem görmüş “Grafen” bazlı nanopartiküller (GO) ile modifiye epoksi sistemler oluşturulmuş ve film kompozit – prepreg - üretim yöntemi ile karbon elyaf takviyeli epoksi nanokompozitler üretilmiştir. Reçine modifikasyonu ile yüzey gruplarına sahip grafen nanopartikülleri, epoksi polimeri içinde tutunabilmiş ve tabakalararası kayma mukavemeti (ILSS) değerinde en yükseği %58 olmak üzere ciddi artışlar sağlanarak kompozitin arayüzey dayanımı arttırılmıştır.

Enhancement of Interface Mechanics of Carbon Fiber Reinforced Prepreg Composites with Carbon Nanostructures

Enhancement of interface mechanics in fiber reinforced polymer matrix composite materials is crucial for the composite strength. Interface mechanics is related to the effects such as mechanical interlocking and chemical bonding between the fiber and matrix material. In this study, mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy composites was improved via nanotechnological methods. Within this scope, modified epoxy systems were prepared by adding 0,1 wt% graphene based nano particles (GO) and carbon fiber reinforced epoxy nanocomposites were produced by prepreg manufacturing technology. Graphene nanoplatelets with functional groups were able to bond with epoxy polymer via matrix modification treatment. Significant improvements on interlaminar shear strength (ILSS) indicated an increase (up to 58%) in composite interlaminar strength.

___

  • [1] Gan, Y.X., Effect of Interface Structure on Mechanical Properties of Advanced Composite Materials. Int. J. Mol. Sci.,10, 5115-5134, 2009.
  • [2] Erden, S., Sarıkanat M., Yıldız, H., Karbon Fiber Takviyeli Termoplastik Kompozitlerde Ara Yüzey Dayanımının Arttırılmasında Kullanılan Yöntemler. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3(1), 39-56, 2009.
  • [3] Erden, S., Yıldız, H., Karbon Lif Islanabilirliği Ve Yüzey Enerjisinin Plazma Oksidasyonu Yoluyla Değiştirilmesi. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3(2), 11-19, 2009.
  • [4] Rafiee, M.A., Rafiee, J., Wang, Z., Song, H., Yu, Z.-Z. and Koratkar, N., Enhanced Mechanical Properties of Nanocomposites at Low Graphene Content. ACS Nano, 3(12), 3884-3890, 2009.
  • [5] Zaman, I., Phan, T.T., Kuan, H.C., Meng, Q., Bao La, L.T. and Luong, L. 2011. Epoxy/graphene platelets nanocomposites with two levels of interface strength. Polymer, 52 1603-1611, 2011.
  • [6] Li, W., Dichiara, A. And Bai, J.. Carbon Nanotube–Graphene Nanoplatelet Hybrids as High- Performance Multifunctional Reinforcements in Epoxy Composites. Composites Science and Technology, 74, 221–227, 2013.
  • [7] Ávila, A.F., Peixoto, L. G. Z., Neto, A.S., Junior, J.A. and Carvalho, M.G.R., Bending Investigation on Carbon Fiber/Epoxy Composites Nano-Modified by Graphene. J. of the Braz. Soc. of Mech. Sci. & Eng., 34 (3), 269, 2012.
  • [8] Laachachi, A., Vivet, A., Nouet, G., Doudou, B.B., Poilâne, C., Chen, J., Bo bai, J., Ayachi, M., A Chemical Method to Graft Carbon Nanotubes onto A Carbon Fiber. Materials Letters, 62, 394–397, 2008.
  • [9] Sreeprasad, T.S., Samal, A.K. and Pradeep, T., Tellurium Nanowire-Induced Room Temperature Conversion of Graphite Oxide to Leaf-like Graphenic Structures. The Journal of Physical Chemistry C, 113, 1727–1737, 2009.
  • [10] Singh, V., Joung, D., Zhai, L., Das, S., Khondaker, S.I. and Seal, S., Graphene based materials: Past, present and future. Progress in Materials Science, 56, 1178-1271, 2011.
  • [11] Demir. A., Seki, Y., Bozaci, E., Sarikanat, M., Erden, S., Sever, K. and Ozdogan, E., Effect of the Atmospheric Plasma Treatment Parameters on Jute Fabric: The Effect on Mechanical Properties of Jute Fabric/Polyester Composites. J Appl Polym Sci, 121(2), 634-638, 2011.
  • [12] Sever, K., Sarikanat, M., Seki, Y., Erkan, G., Erdogan, U.H. and Erden, S., Surface treatments of jute fabric: The influence of surface characteristics on jute fabrics and mechanical properties of jute/polyester composites. Ind Crop Prod, 35(1), 22-30, 2012.
  • [13] Zhang, X., Fan, X., Yan, C., Li, H., Zhu, Y., Li, X. and Yu, L., Interfacial Microstructure and Properties of Carbon Fiber Composites Modified with Graphene Oxide. ACS Appl. Mater. Interfaces, 4, 1543−1552, 2012.